Xây dựng mô hình hệ thống tự Động tách sản phẩm khỏi khuôn Đúc Đi sâu thiết kế kĩ thuật cho hệ thống

Xây dựng mô hình hệ thống tự Động tách sản phẩm khỏi khuôn Đúc Đi sâu thiết kế kĩ thuật cho hệ thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

KHOA ĐIỆN - CƠ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúcNHIỆM VỤĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHọ và tên sinh viên: Phạm Tiến Dũng Số hiệu sinh viên: 153151307125Khóa: K16 Khoa: Điện - Cơ Ngành: Điện tự động công nghiệp1 Đầu đề thiết kế:Xây dựng mô hình hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc.Đi sâu thiết kế kỹ thuật cho hệ thống2 Các số liệu ban đầu:

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

5 Họ tên cán bộ hướng dẫn:

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án:

7 Ngày hoàn thành đồ án:

Trưởng bộ môn( Ký, ghi rõ họ, tên)Ngày …… tháng …… năm ……

(Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày … tháng … năm 2019

Cán bộ hướng dẫn chính

(Họ tên và chữ kí)

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

1 Đánh giá chất lượng của đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích sốliệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính toán chất lượngthuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài.

(Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày … tháng … năm 2019

Người chấm phản biện

(Họ tên và chữ kí)

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “ Xây dựng mô hình hệ thống tự

động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc Đi sâu thiết kế kỹ thuật cho hệ thống ”

do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo ThS Đoàn Đức Trọng Cácsố liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế.

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trongdanh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nàokhác Nếu phát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Hải Phòng, ngày … tháng … năm 2019

Sinh viên thực hiện

Phạm Tiến Dũng

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TÁCH SẢN PHẨMKHỎI KHUÔN ĐÚC 2

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Gới thiệu về hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc 3

1.3 Các yêu cầu của hệ thống tách sản phẩm 3

1.4 Đặc điểm của hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc 4

1.4.1 Bài toán tách sản phẩm khỏi khuôn chế tạo 4

1.4.2 Một số hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn tiêu biểu 5

1.5 Khả năng ứng dụng của hệ thống trong công nghiệp 8

1.6 Mô hình thiết kế 9

1.6.1 Cấu trúc hệ thống 9

1.6.2 Nguyên lý hoạt động chung 11

Chương 2: BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7 – 1200 13

3.1 Lựa chọn thiết bị cho mô hình 13

3.1.1 Cơ cấu thủy lực 13

3.1.2 Tính toán trang bị điện – điện tử 17

3.2 Xây dựng mô hình vật lý 26

3.3 Sơ đồ ghép nối phần cứng và nguyên lý hoạt động của mô hình 30

3.3.1 Sơ đồ ghép nối phần cứng 30

3.3.2 Nguyên lý hoạt động của mô hình 49

Chương 4: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 52

SỬ DỤNG PLC S7 - 1200 52

4.1 Quy hoạch địa chỉ đầu vào PLC 52

4.2 Lưu đồ thuật toán quá trình điều khiển 53

4.3 Chương trình điều khiển cho PLC 58

4.2.1 Bảng khai báo đầu vào và đầu ra PLC 58

4.2.2 Chương trình điều khiển 58

4.4 Nhận xét chung về mô hình vật lý và chạy thử 61

4.5 Hình ảnh mô hình sau khi thiết kế và xây dựng 62

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1: Quy hoạch đầu vào PLC 52

Bảng 4.2: Quy hoạch đầu ra PLC 52

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống gắp tôn 5

Hình 1.2 Đề xuất cấu trúc hệ thống tác sản phẩm khỏi khuôn đúc 11

Hình 2.1 Các họ CPU dòng S7 – 1200 13

Hình 2.2 Phần mền TIA PORTAL V15 15

Hình 2.3 Cấu trúc vòng quét PLC chương trình 16

Hình 2.4 Lựa chọn CPU trong PLC 17

Hình 3.1 Piston nâng hạ sử dụng trong mô hình 14

Hình 3.2 Piston khí nén dạng tay gắp sử dụng trong mô hình 14

Hình 3.3 Máy nén khí sử dụng trong mô hình 16

Hình 3.4 Van điện từ sử dụng trong mô hình 17

Hình 3.5 Động cơ 1 chiều sử dụng trong mô hình 18

Hình 3.6 Hệ thống băng tải trong mô hình 19

Hình 3.7 Bộ nguồn 24VDC – 10A 20

Hình 3.8 Cầu chì sử dụng trong mô hình 21

Hình 3.9 Aptomat trong mô hình 22

Hình 3.10 Rơle sử dụng trong mô hình 22

Hình 3.11 Công tắc hành trình sử dụng trong mô hình 24

Hình 3.12 Đèn báo 24

Hình 3.13 Nút nhấn Emrgency 25

Hình 3.14 Nút nhấn sử dụng trong mô hình 25

Hình 3.15 Công tắc chuyển mạch trong mô hình thực 26

Hình 3.16 Thiết kế cấu trúc mô hình vật lý 27

Hình 3.17 Bố trí thiết bị bên ngoài cánh tủ điều khiển 28

Hình 3.18 Bố trí thiết bị bên trong tủ điều khiển 29

Hình 3.19 Bản vẽ mạch cấp nguồn cho hệ thống 31

Hình 3.20 Bản vẽ mạch khởi động và chọn chế độ 33

Hình 3.22 Bản vẽ mạch điều khiển băng tải 37

Hình 4.1 Lưu đồ thuật giải điều khiển hệ thống 57

Hình 4.2 Bảng khai báo đầu vào ra trong TIA PORTAL 58

Hình 4.3 Chương trình PLC điều khiển mô hình 61

Hình 4.4 Một số hình ảnh của mô hình 63

HT1 Công tắc hành trình 1HT2 Công tắc hành trình 2HT3 Công tắc hành trình 3

LỜI NÓI ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Đất nước ta đang trong công cuộc đổi mới, ưu tiên hàng đầu là việc đẩymạnh phát triển các ngành khoa học kỹ thuật Với mục đích làm tăng năng suấtlao động, tăng hiệu quả kinh tế và giảm sức người bằng việc nghiên cứu thiết kếra những dây chuyền hệ thống từ đơn giản đến phức tạp, từ tự động hoá cáccông đoạn đến toàn bộ dây chuyền sản xuất Với sự phát triển mạnh mẽ củacông nghệ đã cho ra đời các linh kiện điện tử gọn nhẹ, làm việc ổn định với độtin cậy cao đã giúp tạo ra những sản phẩm với chất lượng cao, giá thành rẻ.Cùng với đó là sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, các phần mềm điều khiển khảtrình, phần mềm giám sát, các bộ vi xử lý thông minh được tạo ra và trở thànhmột công cụ hữu ích để phục vụ cho các hệ thống tự động hoá Bên cạnh đó,máy tính cũng được dùng như một thiết bị vạn năng, nó được lắp đặt trực tiếptrong các phòng điều khiển, trên các dây chuyền…với nhiều mục đích khácnhau từ đó giúp con người có thể vận hành tối ưu các dây chuyền sản xuất vàthu được hiệu quả cao.

Trong công cuộc toàn cầu hóa sản phẩm, các mặt hàng từ nhỏ đến lớnđược sản xuất ra không những cần phải đạt tiêu chuẩn về chất lượng, độ chínhxác cao mà còn phải đa dạng về chủng loại…Để đáp ứng những yêu cầu trên, rấtnhiều các khu công nghiệp được hình thành với các trang thiết bị hiện đại Việcứng dụng các hệ thống tự động hóa trong hoạt động sản xuất làm nâng cao chấtlượng sản phẩm, hạ giá thành, sử dụng tiết kiệm nguồn nguyên liệu…

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn em đã lựa chọn đề tài “ Xây dựng mô hình

hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc Đi sâu thiết kế kĩ thuật chohệ thống ” để nghiên cứu.

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Tìm hiểu, phân tích các yêu cầu công nghệ của hệ thống tự động táchsản phẩm khỏi khuôn đúc.

- Tính toán, lựa chọn trang bị điện - điện tử cho mô hình hệ thống.- Thiết kế mô hình hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc.

3 Ý nghĩa thực tiến của đề tài

Đề tài có ý nghĩa khoa và khả năng ứng dụng thực tiễn cao Khi xây dựngđược hệ thống giúp con người giải phóng khỏi các lao động ở môi trường độchại, tăng năng suất lao động của các xí nghiệp công nghiệp.

Để xây dựng được thành công mô hình cần phải nắm được những kiếnthức chuyện ngành, sử dụng tốt các phần mềm chuyên ngành để qua đó áp dụngvà đưa ra được một hệ thống tối ứu nhất mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sảnxuất phục vụ cho công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước ta

Đồ án bao gồm các nội dung chính sau:

Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TÁCH SẢNPHẨM KHỎI KHUÔN ĐÚC

Chương 2: BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-1200

Chương 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TỰĐỘNG TÁCH SẢN PHẨM KHỎI KHUÔN ĐÚC BẰNG PLC S7-1200 CỦAHÃNG SIEMENS

Chương 4: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNGSỬ DỤNG PLC S7 1200

Chúng em xin chân thành cảm ơn giảng viên thạc sỹ Đoàn Đức Trọng vàcác thầy cô trong khoa Điện – Cơ trường Đại học Hải Phòng đã hướng dẫn, giúpđỡ và tạo điều kiện tốt nhất để chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.

Trong đề tài đồ án tốt nghiệp, mục tiêu trước tiên mà chúng em hướng tớilà chế tạo được mô hình tự động tách sản phẩm theo khỏi khuôn đúc hoạt độngổn định và với sai số nhỏ Tuy nhiên do kinh nghiệm còn hạn chế và thời gianthực hiện có hạn, nên đồ án của chúng em không tránh khỏi những thiếu xót Emmong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn sinh viên đểhoàn thiện hơn đề tài.

Hải Phòng, ngày … tháng … năm201…

Sinh viên thực hiện

Phạm Tiến Dũng

Chương 1:

KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TÁCH SẢN PHẨMKHỎI KHUÔN ĐÚC

Đặt vấn đề

Công nghiệp hóa - hiện đại hóa đang diễn ra trên toàn cầu, vì thế nền kinhtế của các nước trên thế giới phải đồng bộ về tất cả các lĩnh vực: công nghiệp,nông nghiệp, dịch vụ Điểm nổi bật của nền kinh tế hiện nay đó là sự phát triểnkhông ngừng và ngày càng hiện đại của các ngành công nghiệp và đặc biệt làngành công nghiệp điện - điện tử Nó khẳng định vị thế, sức mạnh và khả năngứng dụng các thành tự khoa học kĩ thuật vào việc sản xuất các sản phẩm của mộtquốc gia.

Sản xuất vật chất là ngành công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nềnkinh tế quốc dân, tạo ra các sản phẩm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của conngười Nó đòi hỏi các ngành cần phải đổi mới không chỉ về phương thức sảnxuất mà còn phải đổi mới cách thức sản xuất Với tư duy đó, người ta bắt đầutính đến việc giảm bớt số lượng công nhân lao động bằng tay trong việc tạo rasản phẩm và thay vào đó là các dây chuyền, các khâu sản xuất đảm bảo mộtchức năng cụ thể Giống như các ngành khác, công nghiệp điện - điện tử là mộtngành công nghiệp trẻ, nhạy bén với những tiến bộ của khoa học kỹ thuật và làmột trong những ngành kỹ thuật tiên tiến được ưu tiên hàng đầu trên thế giới.Nó không chỉ cần sử dụng thiết bị hiện đại mà còn cần phải đưa ra nhữngphương pháp tổ chức, quản lý sản xuất tiên tiến nhằm tạo ra sản phẩm có chấtlượng cao, giá thành hạ thông qua việc sản xuất theo dây chuyền và hàng loạt.

Việc kết hợp linh hoạt giữa ngành điện - điện tử và ngành cơ khí tạo rabước tiến mang tính đột phá trong sự phát triển của tự động hóa Nhờ sự kết hợpmang tính đột phá đó, số lượng các khu công nghiệp lớn, vừa và nhỏ được xâydựng với các trang bị các thiết bị, máy móc hiện đại phục vụ sản xuất, kínhdoanh nhằm tạo ra sản phẩm chất lượng cao đáp ứng nhu cầu của con người.

1.2 Gới thiệu về hệ thống tự động tách sản phẩm khỏikhuôn đúc

Tổ chức sản xuất theo dây chuyền mang lại hiệu quả nhất đối với nhữngloại hình sản xuất lặp lại Mỗi đơn vị đầu ra cần phải có một trình tự các thao táctừ đầu đến cuối một cách logic, chính xác Tổ chức sản xuất phải được bố tríphân theo cấp nhằm thực nhiện đúng trình tự các bước của công việc đã đượcchuyên môn hóa và tiêu chuẩn và có khả năng sắp xếp quá trình tương ứng vớinhững đòi hỏi về công nghệ chế biến sản phẩm.

Trong công nghiệp, một số lĩnh vực sản xuất như đúc, ép, luyện kim, sảnxuất kính …các sản phẩm sau khi gia công phải được tách khỏi khuôn đểchuyển tới các công đoạn tiếp theo như kiểm tra, đóng gói hoàn thiệ sảnphẩm Đây là các công việc độc hại, nguy hiểm cho con người do phải chịu cáctác động có hại như tiếng ồn, nhiệt độ, hóa chất cũng như tiềm ẩn nguy hiểm vềtai nạn lao động Vì vậy nhu cầu phải có một hệ thống tự động thay thế cho conngười trong công đoạn tách sản phẩm khỏi khuôn chế tạo là rất cần thiết Trênhệ thống này, sản phẩm và khuôn được băng tải vận chuyển đưa vào hệ thống,hệ thống sẽ tự động tách sản phẩm và khuôn sau đó đưa tới hai băng tải vậnchuyển riêng biệt Sản phẩm sẽ được đưa tới các công đoạn tiếp theo, khuôn sẽđược đưa trở lại để tiếp tục chế tạo các loạt sản phẩm tiếp theo.

1.3 Các yêu cầu của hệ thống tách sản phẩm

- Bảo đảm an toàn cho con người.

- Việc vận hành dây chuyền thuận tiện, đơn giản.- Đảm bảo yêu cầu chung nhất về tự động hóa.

- Đảm bảo yêu cầu về công tác quản lý giám sát và điều khiển các hệthống tự động nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, tránh rủi ro, tiết kiệm chi phí,hạn chế nhân công.

- Làm việc tin cậy, ổn định, xác suất hỏng hóc, chi phí sản xuất ở mức tốithiểu.

- Có khả năng thích ứng cao với những sự thay đổi mang tính quá trình,nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng hóa sản xuất.

- Đảm bảo các yêu cầu chung về vấn đề môi trường.

1.4 Đặc điểm của hệ thống tự động tách sản phẩm khỏikhuôn đúc

1.4.1 Bài toán tách sản phẩm khỏi khuôn chế tạo

Trong công nghiệp đúc, ép, dập…một trong những nguyên công cơ bảncủa qui trình sản xuất là tách sản phẩm khỏi khuôn chế tạo sau khi sản phẩm đãđược gia công Thông thường, sản phẩm sẽ được gia công trong khuôn có hainửa, sau khi tách khuôn làm hai phần thì sản phẩm và phần khuôn còn lại sẽđược tách riêng Phần còn lại của khuôn sẽ được trả về để thực hiện sản xuấtloạt sản phẩm mới còn sản phẩm sẽ được đưa tới công đoạn tiếp theo như giacông, kiểm tra, đóng gói

Với sản xuất thủ công, quy mô nhỏ lẻ thì bài toán này thường được giảiquyết thủ công tức là người lao động trực tiếp thực hiện việc tách sản phẩm khỏikhuôn Việc thực hiện thủ công có năng suất thấp, con người bị ảnh hưởng đếnsự an toàn, sức khỏe do các tác động của tiếng ồn, nhiệt độ cao, hóa chất… Mặtkhác việc thực hiện những việc đơn điệu và nhàm chán sẽ gây ra cảm giác ứcchế, mệt mỏi cho những người làm việc tại vị trí này Khâu tách sản phẩm rakhỏi khuôn là khâu trung gian nhưng có vai trò rất quan trọng trong qui trình sảnxuất, giải quyết tốt được khâu này sẽ làm tăng năng suất, giải phóng người laođộng khỏi những phần việc nặng nhọc, độc hại, tiềm ẩn nhiều nguy cơ xảy ra tainạn lao động

Do đó, ta đưa phương án giải bài toán tách sản phẩm khỏi khuôn đúc bằngmột hệ thống tự động có thể giải quyết triệt để được các vấn đề đã đặt ra ở trên.Trong sản xuất ngày nay, rất nhiều các lĩnh vực sản xuất đã đưa hệ thống tựđộng này vào sản xuất như dây chuyền sản xuất tôn, dây chuyền sản xuất kínhtấm, sản xuất chất dẻo Hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn chế tạo

trong công nghiệp hiện nay được kết hợp với hệ thống phân loại, kiểm tra gópphần đáng kể vào đảm bảo chất lượng sản phẩm, giảm giá thành, nâng cao năngsuất và hiệu quả kinh tế.

1.4.2 Một số hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn tiêu biểua Máy gắp tôn tự động

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống gắp tôn

* Chế độ bằng tay:

Trình tự thực hiện:

-Hệ thống đang ở vị trí OFF.

-Chuyển công tắc sang vị trí Manual.

-Bấm nút ON trên tủ điều khiển cho phép hệ thống hoạt động ở chế độbằng tay.

-Khi có tấm, bấm nút hành trình chạy phải Khi đó xe sẽ chạy hoàn thành

1 chu kì rồi dừng lại ở vị trí hạn vị phải Lúc này bàn hút khuôn nhả khuôn, bànhút tấm hút tấm.

b Máy gắp kính tấm

Ngày nay, kính đã dần trở thành vật liệu không thể thiếu và chiếm vị tríquan trọng trong ngành xây dựng bởi những ưu điểm của nó Kính được dùnglàm rất nhiều các vận dụng như bàn, tủ, cửa, mái che lấy ánh sáng, vật trangtrí… Để sử dụng kính vào đúng mục đích cần phải qua các khâu chế biên, giacông kính như: cắt, mài, vát mép,… Bằng việc nghiên cứu và tìm hiểu quy trìnhsản xuất kính ta thấy trước khi đưa kính vào gia công thì khâu đầu tiên là cắtkính đúng kích thước, sau đó kính tấm được chuyển tới máy cắt gọt CNC, tiếptục được gia công tới khi thành sản phẩm, cuối cùng kính tấm được gắp ra khỏikhuôn gá để lên giá theo các yêu cầu Tùy theo các mục đích sử dụng, kíchthước và chất lượng của các tấm kính là khác nhau

Qua tìm hiều thực tế ta thấy cấu trúc chung của hệ thống tự động gắp kínhthường có các bộ phận chính sau:

- Động cơ truyền chuyển động: có thể là động cơ không đồng bộ ba pharotor lồng sóc hoặc động cơ bước.

- Hệ thống tay gắp: thường là các tay gắp hút chân không hoặc các tấmdính với độ dính cao Tùy theo kích thước và trọng lượng của tấm kính mà cáctay gắp là khác nhau.

- Hệ thống vận chuyển kính: sau khi tay gắp gắp sản phẩm kính thì cácđộng cơ truyền chuyển động di chuyển tay gắp đến những để kính quy định rồithực hiện các thao tắc nhả kính hoặc cũng có thể đưa kính tới các băng tải vậnchuyển để đưa các tấm kính đến các giá kính.

- Hệ thống các cảm biến phục vụ cho việc ngắt hoặc đóng cho các chutrình làm việc.

- Hệ thống piston khí nén.

- Hệ thống nút nhấn, đèn báo khi hoạt động bằng tay hoặc tự động.- Hệ thống các thiết bị bảo vệ…

1.5 Khả năng ứng dụng của hệ thống trong công nghiệp

Cùng với sự tiến bộ của khoa học, danh mục các sản phẩm do côngnghiệp tạo ra ngày càng nhiều, đòi hỏi chất lượng ngày càng cao Thực hiệnđược điều đó, sản xuất công nghiệp đòi hỏi phải phân ra nhiều ngành, nhiềucông đoạn Sự phân công này phải có sự phối hợp chặt chẽ với nhau để tạo rasản phẩm cuối cùng đạt tiêu chuẩn chất lượng Điều đó phụ thuộc vào việc cácnhà sản xuất có biết ứng dụng tối đa khả năng hoạt động của các dây chuyềntrong sản xuất hay không.

Nói đến ngành công nghiệp lớn là nói đến vấn đề ứng dụng hệ thống tựđộng hóa băng chuyền Với việc sử dụng các thiết bị khoa học kỹ thuật hiện đại,các dây chuyền sản xuất có nhiệm vụ thay thế lao động công nhân trực tiếp sảnxuất ra sản phẩm với mức độ nhanh hơn, chính xác hơn, năng suất cao.

Điều đó càng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các ngành sản xuất cócác hoạt động trong môi trường độc hại, không an toàn như công nghiệp đúc Conngười từ việc trực tiếp sản xuất tạo ra sản phẩm trong môi trường lao động độc hạichuyển sang việc điều khiển, giám sát các hoạt động sản xuất trong một môi trườngan toàn nhờ lợi ích của việc tập trung hóa, tự động hóa.

Cùng với việc đổi mới công nghệ sản xuất, các dây chuyền sản xuất đượcxây dựng theo chiến lược phát triển phù hợp với khả năng ứng dụng của nó vớitrình độ phát triển của khoa học - kỹ thuật trong tương lai ngày càng nhiều Mộtchứng minh cụ thể như các dây chuyền tách sản phẩm khỏi khuôn như trong cácdây chuyển sản xuất công nghiệp đúc, ép, dập khuôn Ban đầu là nền sản xuấtquy mô nhỏ lẻ với số lượng sản phẩm ít, người lao động phải tách sản phẩmbằng tay, quan sát và nhận dạng bằng mắt ở ngay tại nơi sản xuất vì thế mà năngsuất, chất lượng phụ thuộc nhiều vào tay nghề, kinh nghiệm của người côngnhân Khi xã hội phát triển, nhu cầu về số lượng, chất lượng sản phẩm ngàycàng được chú trọng buộc các nhà sản xuất phải ứng dụng khoa học kỹ thuật và

hệ thống của mình để nâng cao năng suất, cho ra nhiều dòng sản phẩm với nhiềukích thước, kiểu dáng, chủng loại đáp ứng nhu cầu của thực tế Vì thế khả năngứng dụng khoa học kỹ thuật trong sản xuất hàng loạt và đặc biệt là trong côngnghiệp đúc là rất cần thiết

1.6 Mô hình thiết kế

1.6.1 Cấu trúc hệ thống

Cấu trúc chung hệ thống được mô tả như hình 1.2.Các thiết bị chính sử dụng trong mô hình:

- 04 động cơ điện một chiều; trong đó:

+ Động cơ một chiều DC1 là động cơ di chuyển bàn máy gắp sản phẩmđúc và gắp khuôn đúc trên thanh ray cơ khí theo chiều thuận và chiều ngược.

+ Động cơ một chiều DC2 có chức năng truyền chuyển động cho băng tảichính (băng tải gồm sản phẩm đúc và khuôn đúc).

+ Động cơ một chiều DC3 là động cơ quay băng tải vận chuyển sản phẩmđúc vào kho chứa.

+ Động cơ một chiều DC4 là động cơ quay băng tải vận chuyển khuônđúc về kho chứa khuôn đúc.

- Modul điều khiển PLC S7-1200 hãng Siemens.

- 03 băng tải: các băng tải được chế tạo từ nhôm định hình, và nhựa PVC,rulo được kết nối dồng trục với các động cơ để truyền chuyển động.

+ 01 băng tải chính - băng tải vận chuyển cả khuôn đúc và sản phẩm đúc.+ 01 băng tải khuôn đúc - băng tải để vận chuyển khuôn đúc sản phẩm.+ 01 băng tải sản phẩm - băng tải để vận chuyển sản phẩm đúc.

- 03 van điện từ.

- 01 máy nén khí để đóng mở các các piston.- 03 công tắc hành trình.

- 12 Relay trung gian 14 chân- 01 Áp tô mát, 01 Cầu chì.

- Nút nhấn và đèn báo.

- Thanh ray và các cấu trúc khung đỡ bằng nhôm định hình.- Ngoài ra còn một số các thiết bị phụ trợ đi kèm khác

Hình 1.2 Đề xuất cấu trúc hệ thống tác sản phẩm khỏi khuôn đúc

1.6.2 Nguyên lý hoạt động chung

- Hệ thống băng tải gồm ba băng tải riêng biệt, một băng tải đưa khuôn vàsản phẩm đã gia công tới vị trí thao tác, một băng tải đưa khuôn trở lại khu vựcsản xuất, băng tải còn lại đưa sản phẩm tới công đoạn tiếp theo Trong đó băngtải thứ nhất được điều khiển sao cho khi có đối tượng đến đúng vị trí thì dừng,sau khi khuôn và sản phẩm được tách ra và giải phòng khỏi vị trí đã đặt thì băngtiếp tục hoạt động Băng tải vận chuyển sản phẩm đúc và băng tải vận chuyểnkhuôn đúc hoạt động liên tục.

- Cơ cấu trục vitme có thể di chuyển được hai phía sang trái và sang phải,có nhiệm vụ di chuyển tay gắp tới đúng vị trí cần thiết Cơ cấu trục vitme đượcdẫn động bởi động cơ kéo trục vít được điều khiển bằng tay qua các nút nhấn vàbằng chương trình điều khiển PLC tùy theo lựa chọn chế độ của người vận hành.- Hệ thống khung nhôm đỡ toàn bộ trục vitme, phía trên được bố trí thànhhai khu vực, một khu vực là khoang chứa các van khí nén, khu vực còn lại đượcđặt trục để di chuyển thuận nghịch Toàn bộ khung và hệ thống được bố trí trênmặt bàn gỗ.

- Hệ thống tay máy được lắp đặt trên cơ cấu trục vitme, bao gồm baxilanh khí nén, một xilanh có nhiệm vụ nâng hạ, hai xilanh còn lại có nhiệm vụgắp nhả khuôn và sản phẩm Ngoài ra trong mô hình hệ thống còn sử dụng cáccảm biến và công tắc hành trình tại các vị trí dừng trái, phải của bàn gắp, các vịtrí nâng hạ, gắp nhả sản phẩm và khuôn, vị trí dừng của băng tải.

- Sản phẩm đúc và khuôn sau khi được chế tạo xong được đưa đến băngtải chính, băng tải chính được quay bởi động cơ 2 (DC2) Sau khi sản phẩm vàkhuôn đúc trên băng tải chính chuyển động đến cuối thì tác động vào cảm biếnhành trình 3 (HT3), khi sản phẩm trong khuôn chạm vào hành trình 3 (HT3) thìbăng tải chính dừng đồng thời lúc đó động cơ 1 (DC1) tác động đẩy thanh ray cơkhí đến trạm vào cảm biến hành trình 1 (HT1) lúc này thì tay gắp mạch van 2(MV2) trùng đúng tâm của sản phẩm đúc và khuôn đúc trên băng tải chính Lúc

này mạch van điện từ MV2 mở khí nen từ máy nén đẩy piston làm cho tay gắpMV2 kẹp vào sản phẩm đúc Sau khi đã kẹp vào sản phẩm đúc thì mạch vanđóng và đi nên đúng vị trí ban đầu Khi đi nên thì cũng là thời điểm DC1 hoạtđộng đầy thanh ray cơ khí trượt trên thanh ray nằm ngang cho tới khi tác độngvào tiếp điểm của HT2 thì ngắt điện Khi trạm vào HT2 thì tay gắp sản phẩm domạch van 2 tác động sẽ đi xuống và nhả sản phẩm đúc xuống băng tải sản phẩmdo động cơ 3 (DC3) tác động, cùng lúc này thì tay gắp khuôn đúc trùng đúng vớitâm khuôn đúc trên băng tải chính Sau khi tay gắp sản phẩm đúc nên thì cũng làlúc tay gắp khuôn đúc do mạch van 3 (MV3) tác động đi xuống và gắp khuônđúc Sau khi gắp được khuôn đúc thì MV3 tác động kéo piston đi nên và cũnglúc này động cơ DC1 hoạt động kéo khớp nối cơ khí từ vị trí công tắc HT2 về vịtrí công tắc HT1; sau khi trạm HT1 thì lúc này MV3 tác động và tay gắp xuốngsau đó nhả khuôn nên trên băng tải khuôn đúc, băng tải vận chuyển khuôn đúcđến vị trí theo quy định Chu trình hoạt động lặp đi lặp lại đến khi người vậnhành phát lệnh dừng theo quy định.

PLC S7-1200 được thiết kế theo dạng module, thích hợp để phát triển cácdự án từ cấp độ nhỏ tới trung bình PLC S7-1200 tích hợp cổng truyền thôngEthernet Các module của S7-1200 như : module truyền thông Profibus, 3G;module mở rộng I/O Digital, Analog…

PLC S7-1200 được lập trình bằng phần mềm Step 7 và được tích hợptrong TIA Portal của Siemens.

Dòng S7-1200 có các họ CPU là 1211c, 1212c, 1214c, 1215c, 1217c Mỗiloại CPU có đặc điểm khác nhau phù hợp với từng kích thước, nhu cầu dự ánkhác nhau.

- Số lượng ngõ vào analog: 2+ Dải điện áp vào : 0 – 10VDC- Chuẩn kết nối tích hợp: PROFINET- Web server : Có.

+ Website người dùng tạo : Có- Chế độ bảo vệ:

+ Đặt mật khẩu cho CPU.

+ Đặt mật khẩu cho chương trình, khối dữ liệu cụ thể.- Ngõ ra phát xung PWM/PTO: 4.

+ Tần số xung lên tới 100kHz.

+ Ứng dụng điều khiển động cơ servo và động cơ bước.- Module mở rộng:

+ 3 module truyền thông.+ 8 module mở rộng I/O.+ 1 board tín hiệu.

- Hỗ trợ 1 khe cắm thẻ nhớ (Memory Card Siemens).

2.2 Giới thiệu về TIA PORTAL

Phần mềm TIA Portal (Totally Intergrated Automation Portal) là phầnmềm tự động hóa tích hợp của hãng Siemens Phần mềm có thể lập trình cho cácdòng PLC của hãng như S7-1200, S7-1500, S7-300, S7-400, thiết kế màn hìnhHMI, WinCC Runtime.

TIA Portal tích hợp công cụ mô phỏng như S7-PLCSIM, S7-PLCSIMAdvanced giúp người lập trình có thể chạy thử chương trình và chẩn đoán lỗi màkhông cần phải có thiết bị thực tế.

Tia Portal cho phép tích hợp tất cả các thành phần chính trong dự án tựđộng hóa Với phiên bản hiện tại là TIA Portal V15 được giới thiệu vào cuối năm2017 với nhiều công cụ tùy chọn nổi bật như Multiuser Engineering,Teamcenter Gateway, Cloud Connector.

Hình 2.2 Phần mền TIA PORTAL V15

2.2.1 Vòng quét chương trình

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi làvòng quét Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ cổngvào số tới vùng đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trongtừng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúccủa khối OB1 Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nộidung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số Vòng quét kết thúc bằng giai đoạntruyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi.

Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra tương tụ nên cáclệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ khôngthông qua bộ đệm.

Hình 2.3 Cấu trúc vòng quét PLC chương trình

2.2.2 Lập trình trên TIA PORTAL

Sau khi khởi động phần mềm TIA Portal và tạo Project, tiến hành thêmPLC mới với mã và thông số đúng với thiết bị thực tế TIA Portal hỗ trợ lậptrình bằng 3 ngôn ngữ: LAD, SCL, FBD

Hình 2.4 Lựa chọn CPU trong PLC

2.2.3 Khối tổ chức OB

Organization blocks (Obs): là giao diện giữa hoạt động hệ thống vàchương trình người dùng Chúng được gọi ra bởi hệ thống hoạt động, và điềukhiển theo quá trình:

-Xử lý chương trình theo quá trình.-Báo động – kiểm soát chương trình.-Xử lý lỗi.

-Program cycle Obs thực hiện theo chu kỳ trong CPU ở chế độ Run Khốichính của chương trình là một chu kì chương tình OB Đây là nơi đặt cấu trúcchương trình điều khiển và là nơi gọi các khối bổ sung để sử dụng.

Khối OB phải bằng 200 hoặc lớn hơn.

Startup Obs: thực hiện một lần khi chế độ của CPU chuyển từ STOP sangRUN, bao gồm cung cấp năng lượng chế độ RUN và lệnh chuyển STOP sang RUN.Sau khi hoàn thành, chương trình chính “program cyle” OB bắt đầu hoạt động.

Cycle interrupt OBs: thực hiện tại một khoản thời gian nhất định Mộtcycle interrupt OB sẽ làm gián đoạn chương trình theo chu kỳ khoản thời gianxác định của người dùng Với mỗi một Obs cho phép với mỗi cấu hình thời giantrễ và chu kì hoạt động.

Hardware interrup OB: thực hiện khi hoạt động xảy ra có liên quan cóphần cứng Khi có một vấn đề từ phần cứng, một hardware OB sẽ làm giánđoạn chương trình đang thực hiện.

Time orror interrput OB: thực thi khi thời gian chu kì tối đa vượt quá hoặchoạt động xảy ra thời gian lỗi Khối xử lý lỗi thời gian gián đoạn là OB80.

Time delay interrup OB: OB ngắt thời gian trễ có thể được đưa vào dự ánvà lập trình Ngoài ra, chúng phải được gọi trong chương trình với lệnhSRT_DINT, tham số là không cần thiết.

2.2.4 Hàm chức năng

Funtions (FCs) là các khối mã không cần bộ nhớ Dữ liệu của các biến tạmthời bị mất sau khi FC được sử lý Funtion có thể được sử dụng với mục đích:

- Trả lại giá trị cho hàm chức năng được gọi.

- Thực hiện công nghệ chức năng Ví dụ: điều khiển riêng với các hoạtđông nhị phân.

- Ngoài ra FC có thể được gọi nhiều lần tại các thời điểm khác nhau trongmột chương trình Điều này tạo điều kiện cho lập trình chức năng lặp đi lặp lạiphức tạp.

Function block (FB): đối với mỗi lần gọi, FB cần một khu vực nhớ Khimột FB được gọi, một data block được gán với instance data block Dữ liệutrong instance data block sau đó truy cập vào các biến của FB.

Data block (DB): thường để cung cấp bộ nhớ cho các biến dữ liệu Khốidữ liệu DB có hai loại: global DBs nơi mà tất cả các OB,FB,FC có thể đọc dữ

liệu lưu trữ hoặc có thể tự mình ghi dữ liệu vào DB Và instance DB được gáncho một FB nhất định.

Chương 3:

LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG

3.1 Lựa chọn thiết bị cho mô hình

3.1.1 Cơ cấu thủy lực

a Piston khí nén

Hệ thống khí nén muốn hoạt động được cần có nguồn cung cấp khí nén,nguồn khí nén được tạo ra bởi các máy nén khí có công suất tùy thuộc vào yêucầu thiết kế Nguồn khí nén được gọi là đáp ứng đúng yêu cầu là khi nguồn khínén được sản xuất và cung cấp đầy đủ về với một áp suất nhất định thích hợp hệthống hoạt động được Khí nén từ máy nén khí thông qua các van có thể là vanđiện từ, van tiết lưu… được đưa đến các piston để điều khiển đóng, mở mộthoặc nhiều cơ cấu tùy thuộc theo ý tưởng thiết kế.

Trong mô hình hệ thống sử dụng ba piston khí nén, trong đó một piston cónhiệm vụ nâng và hạ bàn máy, hai piston còn lại có nhiệm vụ gắp và nhả khuônvà sản phẩm.

Cơ sở để tính chọn piston dựa trên tải trọng đáp ứng và áp suất máy néncung cấp Do chỉ dừng lại ở mức độ mô hình nên trong chế tạo mô hình tác giảlựa chọn loại piston khí nén có dạng hình vuông; piston nâng hạ bàn có khíchthước 50x150mm; piston gắp nhả sản phẩm và gắp nhả khuôn có khích thước22x45mm.

Hình 3.1 Piston nâng hạ sử dụng trong mô hình

Hình 3.2 Piston khí nén dạng tay gắp sử dụng trong mô hình

b Máy nén khí

Các trạm máy nén khí được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động sản xuấtkinh doanh, các dây chuyền tự động hóa, các xí nghiệp công nghiệp lắp ráp, chếbiến, đặc biệt ở những lĩnh vực cần phải đảm bảo vệ sinh, chống cháy nổ hoặc ởmôi trường độc hại.

*Ưu điểm của máy nén khí:

- Có khả năng truyền đi xa bằng hệ thống đường ống với tổn thất rất nhỏ.- Tốc độ truyền động cao, linh hoạt.

- Dễ dàng trong việc điều khiển với độ tin cậy và chính xác.

- Có nhiều giải pháp và thiết bị để bảo vệ trong trường hợp hệ thống bịquá tải, quá áp suất thấp.

- Tuổi thọ sử dụng lớn.

- Không yêu cầu cao các đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lượng cung cấp.

*Nhược điểm:

- Công suất truyền động không lớn.

- Dòng khí nén thoát ra môi trường có thể gây tiếng ồn lớn.-Thời gian tác động chậm so với điện tử.

Lựa chọn máy nén khí cho mô hình chế tạo:

-Trong mô hình sử dụng hệ thống khí nén để điều khiển các tay gắpthống qua van điện từ để gắp sản phẩm đúc và gắp khuôn đúc.

-Do đề tài chỉ dừng lại ở việc thiết kế mô hình vì vậy để tính lực cần thiếtđể gắp được sản phẩm đúc và khuôn đúc tác giải đã lựa chọn khối lượng cho sảnphẩm đúc và khuôn đúc như sau:

+ Trọng lượng của sản phẩm đúc bằng 0,06kg.+ Trọng lượng của khuôn đúc bằng 0,08kg.

=> Lực tác dụng nên sản phẩm và khuôn đúc được tính:

Fm g (3.1)Trong đó:

m: là trọng lượng của vật (kg).g = 9,8m/s2 là gia tốc trọng trường.Lúc đó:

F: là lực tác dụng nên vật (N).s: là tiết diện của pisttong (m2).

Để phục vụ chế tạo mô hình tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc, tácgiả lựa chọn máy nén khí ký hiệu Parmer - Vernon Hills - Illinois 60061 ( máynén khí trong phòng thì nghiệm Điện trường Đại học Hải Phòng ) Là loại máynén kiểu pisttong và có áp suất nén 11kg/ms2 (= 11N/m2) Khí nén từ máy nénkhí được đưa qua hệ thống van, pisttong để điều khiển các bàn máy để gắp, nhảsản phẩm đúc và gắp khuôn đúc theo yêu cầu của thiết kế.

Hình 3.3 Máy nén khí sử dụng trong mô hình

c Van điện từ điều khiển khí piston khí nén

Trên thị trường có nhiều loại van để điều khiển khí nén hoặc chất lỏng như:- Ball valve (van bi).

- Globe valve (van cầu).- Safety valve (van an toàn).- Pressure valve (van giảm áp).- Solenoid valve (van điện từ)…

Do trong mô hình chỉ sử dụng van với yêu cầu điều khiển được để điềukhiển đóng mở các piston và yêu cầu điều khiển được nên ta chọn sử dụng vanđiện từ.

Lựa chọn van sử dụng trong mô hình là loại van 2 trạng thái, điện áp hoạtđộng là 24VDC, mỗi van điều khiển 1 piston.

Hình 3.4 Van điện từ sử dụng trong mô hình

3.1.2 Tính toán trang bị điện – điện tửa Động cơ truyền động cho băng tải

Hiện nay, có hai loại động cơ là động cơ điện một chiều và động cơ điệnxoay chiều được sử dụng để truyền động cho dây chuyền sản xuất trong các xínghiệp công nghiệp

* Động cơ xoay chiều:

Để thuận tiện, phù hợp với lưới điện hiện nay trong các xí nghiệp côngnghiệp thường sử dụng động cơ điện xoay chiều Trong số các loại động cơ điệnxoay chiều thường chọn loại động cơ ba pha không đồng bộ rô to lồng sóc.

* Động cơ một chiều:

Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi là một loạimáy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụngnguồn điện xoay chiều thông dụng Do động cơ điện một chiều có nhiều ưuđiểm như: có khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt, khả năng mở máy lớn và đặcbiệt là khả năng quá tải Chính vì vậy mà động cơ một chiều được dùng nhiềutrong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép,hầm mỏ, giao thông vận tải…mà điều quan trọng là các ngành công nghiệp nàyđòi hỏi dùng nguồn điện một chiều.

Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhấtđịnh như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn, cần có hệ thống cổgóp chổi than…nhưng do những ưu điểm nổi bật nên động cơ điện một chiềuvẫn còn có một tầm quan trọng nhất định trong sản xuất.

Trong mô hình nhóm đề tài đã lựa chọn sử dụng loại động cơ một chiềutrong mô hình chế tạo.

Hình 3.5 Động cơ 1 chiều sử dụng trong mô hình

Thông số của 04 động cơ điện một chiều sử dụng trong mô hình:-Điện áp 24VDC.

b Băng tải vận chuyển

Băng tải vận chuyển là hệ thống băng tải sử dụng trong vận chuyển hànghóa, nguyên vật liệu trong các dây chuyển sản xuất tự động hóa của các xínghiệp công nghiệp Đây là một trong những bộ phận quan trọng trong dâychuyền sản xuất, lắp ráp của các doanh nghiệp, nhà máy trong cả nước Gópphần tạo nên một môi trường sản xuất năng động, khoa học và giải phóng sứclao động mang lại hiệu quả kinh tế cao Sản phẩm băng tải vận chuyển của đượcsản xuất cần đáp ứng được các yêu cầu như: với độ bền cao, khả năng ứng dụnghiệu quả, đáp ứng những đòi hỏi khắt khe nhất của các doanh nghiệp.

Trong mô hình tác giả tự chế tạo 03 băng tải: 01 băng tải chính; 01 băngtải sản phẩm; 01 băng tải khuôn.